靖边气田净化厂自控仪表回路常见故障分析

侯磊 刘庆军 吴晓华 要利锐 赵海霞

长庆油田公司第一采气厂 宁夏 750006

0 前言

第三净化厂拥有300万方/天的处理能力，承担着向西安的供气任务，所以为保障全厂的安全生产运行，自动化检测仪表担负着温度、流量、液位、压力四大参数的监测任务，有着不可或缺的地位。当今使用的检测仪表和DCS在准确性和可靠性方面已相当成熟，但在实际应用中总要出现这样或那样的故障。当仪表指示出现异常现象：偏高、偏低，不变化，不稳定等，本身包含两种因素：一是工艺因素，仪表正确的反映出工艺异常情况；二是仪表因素，由于仪表(测量系统)某一环节出现故障而导致工艺参数指示与实际不符。这两种因素总是混淆在一起，很难马上判断出故障到底出现在那里。仪表维护人员要提高仪表故障判断能力，除了对仪表工作原理、结构、性能特点熟悉外，还需熟悉测量系统中每一个环节，同时对工艺流程及工艺介质的特性、设备的特性应有所了解，这能帮助仪表维护人员拓展思路，有助于及时解决和处理故障。

1 净化厂自控仪表现状及故障判断实例

第三净化厂天然气净化装置的运行由Deltav系统来控制监测，自动化水平相对较高。随着天然气事业的快速发展，净化厂应用的自动化仪表也不是以往单一结构，其适应性越来越强，功能也越来越丰富。然而天然气净化工艺复杂，控制要求高，所以现场应用的仪表种类繁多，主要涉及为温度、流量、液位和压力等。

1.1 净化厂仪表现状

第三净化厂自2003年建厂以来已经有八年的发展历程，检测仪表和DCS在准确性和可靠性方面已相当成熟，能够完全保障全厂的正常运行，但有一些仪表自建厂以来一直在投用，有的已经更新，导致仪表使用状况参差不齐，虽没出现过大的事故，但在实际应用中总要出现这样或那样的小故障，导致仪表维修率增加。对于一些小问题，仪表工目前都能凭借工作经验处理。然而，一旦碰到特殊问题或偶然性故障，部分仪表工在处理过程中还是充满了盲目，因为缺乏一套整体性的解决思路，只能眉毛胡子一把抓，浪费了人力、物力。以下针对一些常见实例，总结出问题原因和思路，使今后工作更加规范化。

1.2 自控仪表回路故障判断实例

第三净化厂使用的集散控制系统，它具有集中管理，分散控制的优点，就是把现场数据信息通过信号线传到中控室进行集中监测，再把控制信号发送给现场相应的执行机构来实现对具体设备的调节。一个完整的自控仪表回路分为两大区块即自控段和仪表段，自控段是从中控室端子排到计算机；仪表段是从中控室端子排到现场仪表，自控仪表回路示意图如图1所示。如果一个自控仪表回路从正常工作状态突然变成故障状态，我们可以借助FLUKE744或其它标准信号发生器对自控段和仪表段逐一进行排查，从而可以确定故障发生的具体位置，这样问题处理起来就比较明确。

图1 自控仪表回路示意图

1.2.1 自控段故障实例及原因分析

锅炉液位用差压变送器测量，中控室显示的液位值上下波动频繁，而现场差压变送器显示稳定。用万用表测量端子排的电流值，发现电流值也稳定，然后用FLUKE744通过盘间线给卡件输入模拟值，发现中控室显示波动频繁，对盘间线检查后排除盘间线的问题。然而同一卡件上接有其它的差压信号均显示正常，对其更换通道后显示正常。

上面事例中故障出在卡件通道上，从以上事例分析归纳出自控段出现问题主要为以下几个原因：

(1) 盘间线问题，例如正极接地，接线不牢固，信号线短路；

(2) 组态程序问题，例如卡件、通道没有被激活，程序丢失；

(3) 卡件问题，例如通道故障，卡件没有电，电源指示和工作指示灯工作不正常。

1.2.2 仪表段故障实例及原因分析

自控仪表回路中仪表段也可以分为中控室端子排到表头的线路和现场仪表两部分。

(1) 温度仪表故障实例及原因分析

装置区原料气温度测量值不稳定跳跃变化，本以为是装置开始进气时原料气温度变化导致的一系列温度变化。但气量稳定后问题仍然存在，排除因气体温度引发的因素。用FLUKE744从表头信号线给卡件温度值时，中控室温度显示正常，故可以排除自控段和仪表段线路故障。打开接线盒发现里边接线柱松动，经过处理重新接线后温度显示正常。

温度检测仪表常见故障是温度值显示不正常，时高时低不稳定。故障原因有两种(在自控段正常情况下)，工艺原因和仪表原因。先了解工艺操作条件是否发生改变而导致温度显示值不正常，在工艺正常和仪表不是新安装的情况下可以排除因极性接反或补偿导线不匹配等问题导致的仪表故障。

以上实例故障产生的原因是由于工艺不稳，管线振动造成接线柱松动。通过以上总结出故障的产生为以下几个原因：

① 接线盒问题，例如接线盒进水或者潮湿，接线柱间松动或短路，端子被锈蚀等；

② 仪表本身的问题，例如用FLUKE744测量热电阻的电阻值或者是热电偶的毫伏值，表头输出来的信号不稳定；

③ 热电偶或者热电阻保护套管有工艺介质进入或者绝缘陶瓷损坏；

④ 热电偶的冷端温度发生变化以及热电偶补偿导线绝缘性能下降，补偿导线老化，热电阻的传输线不够良好，线电阻不平衡；

⑤ 工艺原因，比如工艺操作不平稳，热电偶、热电阻被磨损等，保护管结垢或者有隔离物。

(2) 流量仪表故障实例及原因分析

智能流量计的标定工作主要是由天然气计量站来完成，现场出现故障机率相对较少，流量出现偏差，若不是自控和工艺上的原因，一般情况下是流量计内部电子线路或者是表头到中控室之间线路的问题。转子流量计偶尔有转子被卡的现象，不过处理起来比较简单，把锥形孔管和转子疏通即可。

南二干线清管收球后，发现天然气计量偏小，仪表人员到现场对导压管进行吹扫后有杂质排出，提出孔板发现孔板表面已被杂质覆盖，在对孔板进行清理后观察到入口边缘已有磨损，更换孔板重新安装后，流量显示正常。

净化厂中孔板流量计应用较多，所以出现故障的机率也大，流量指示不正常，偏高或者偏低，造成输差不在允许范围之内。故障的原因有很多，孔板流量计出现偏差的原因归纳为以下几点：

① 现场取压部分导压管堵塞或者泄漏，取压阀泄漏，造成差压减小，影响计量；

② 三阀组问题，平衡阀内漏或者没有关紧，平衡阀内漏则变送器的差压信号会减小，使变送器输出偏低。三阀组的检查方法是将高低压阀关死，如果平衡阀内漏，则输出会不停的缓慢下降，直至为零，否则，仪表输出不变。

③ 二次仪表中的变送器的供电和输出不正常，零点有漂移或者量程不合适，温度示值不准确。

④ 工艺影响因素，例如放空阀漏，天然气管道堵塞或者局部出现涡流，气量提产或降产后流量不在孔板测量范围内，天然气对孔板入口边缘的磨损等。

(3) 液位仪表故障实例及原因分析

中控室检测到装置区脱水塔低液位变送器信号持续缓慢下降然后缓慢上升，不能正常测量。中控室监测到液位数值上下波动，现场仪表显示也是上下波动，因此可以判断自控段工作是正常的，问题应该出现在仪表本身或者接线问题上。经过对线路接线检查和用HART手操器对现场仪表通讯，证明仪表本身和线路都没有问题，通过与工艺相结合，得出原因是由于在生产中系统处于动态平衡状态，虽然现场实际液位相对稳定，但是实际情况是气体中含有大量的雾状气泡，这些气泡的存在对于浮筒液位计影响较小，但对于依靠液柱压差来测量液位的差压变送器则影响非常大，此低液位在正常情况下显示 100%，气相和液相全部充满介质，气泡的存在使得导压管和隔离罐内的液柱高度和密度都发生变化，气相和液相存在气泡的数量不同使得气相和液相的液柱密度随时在变化，变送器就会随着变化，最终导致忽高忽低，显示值不稳定。随生产状况改变，即气泡逐渐减少，则仪表就会恢复到正常。

净化厂测量单体设备液位应用的是差压式液位计和浮筒液位计，液位出现故障，过低或者过高将导致连锁条件动作，影响到整套装置正常运行。这两种液位计出现故障的现象表现为与现场的玻板液位计出现偏差。具体原因总结为以下几点：

① 导压管堵塞或者泄露，隔离液有漏失；

② 现场接线有松动，对于差压变送器，差压变送器的修正值不合适，量程和取压方式发生改变。对于浮筒液位计，浮筒液位计零位发生漂移或者量程不合适；

③ 对于差压式液位计中三阀组中平衡阀内漏，浮筒液位计由于介质的原因被卡阻；

④ 现场的玻板液位计或磁浮子液位计取压部分堵塞，磁浮子卡阻，浮球被损坏，连杆发生弯曲；

⑤ 工艺因素影响，例如工艺介质密度的变化，溶液拦液，发泡等。

(4) 压力仪表常见故障及原因分析

压力仪表常见故障就是压力指示不准确，偏高、偏低或者不变化。在对其进行分析判断时，首先要了解被测量的工艺介质是蒸汽、溶液还是气体。其原因有可能是以下几点：

① 压力变送器取压管路问题，例如气体取压管路有冷凝液，液体取压管路中隔离液有漏失等；

② 现场接线有松动，压力变送器的零点发生漂移或者量程不合适；

③ 现场的压力表损坏，或者超过检定周期；

④ 压力变送器需重新校验；

⑤ 现场的工艺状况发生改变。

2 整改思路及建议

2.1 思路总结

通过以上的原因分析，可以得出整个自控仪表回路故障分析主要是从自控线路、仪表本身、工艺条件、外部环境来考虑的。现将自控仪表回路故障分析思路总结如下：

(1) 首先通过 FLUKE744从端子排处确认故障发生在自控段还是仪表段，然后在逐步排查找出故障发生的具体位置。

(2) 自控段故障分析思路：首先检查盘间线正极是否接地，接线是否牢固以及有没有短路，其次检查卡件和对应的通道有没有激活，工作是否正常。

(3) 仪表段线路故障分析思路：线路发生故障首先通过短接法测试电缆的通断情况，如果电缆不通则确定为电缆有断点，用相同的方法逐段测试确定断点的位置并进行恢复，若电缆通断正常则检查接地情况，用万用表测试正极电缆对地电阻，正常时应该是无穷大，如果发现正极接地，可以通过调换正负极电缆来解决，如果有备用电缆最好更换一条电缆。

(4) 通过对现场仪表(温度、流量、液位、压力)故障原因分析，其解决思路如图2、图3、图4、图5所示。

图2 温度仪表故障排除思路

图3 孔板流量计故障排除思路

图4 压力仪表故障排除思路

图5 液位仪表故障排除思路

2.2 减少故障的建议

(1) 在检修过程中对各类仪表的安装要精心操作，防止对仪表的损坏，同时做好仪表的防水、防腐、防尘工作；工艺人员要平稳操作设备。

(2) 加强日常维护力度，要经常对现场仪表导压管、隔离液、孔板进行维护，及时更换老化的密封件和绕性管。经常要对控制柜卡件进行吹扫，损坏的风扇要及时更换，做好防热工作。

(3) 日常培训工作，加强对仪表员工工艺流程和仪表知识的培训，以及中控人员的培训工作。